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图1偏航系统原理图
2.自动偏航控制策略
风电机组最大风能捕获与自动偏航系统高效精确对风有着紧密的联系,因此,可靠有效的自动偏航控制策略是当前风电行业研究的重点。
根据机械风向标工作原理,风向标一般与机舱成180°夹角安装,主控PLC根据风向标信号来控制偏航系统动作。当风向信号超出设定范围时,控制PLC就会给偏航系统发出偏航命令。
四格二期风电场山地环境复杂,传统的偏航控制导致机组频繁偏航,因此对偏航控制策略进行优化调整,优化方案遵循以下原则:
(1)允许的偏航方向和风向角度差是变量;
(2)偏航延迟时间取决于风向偏差和风速;
(3)偏航系统主要依据30s平均风向角度差;
(4)当经历一段无风工况后,风速达到启动偏航的最小值时,如果此时偏航角偏差达到90度或-90度,偏航方向选择将判断当前机组的扭缆方向,其宗旨是向解缆的方向偏航,即使这样可能花更长的时间和距离。
根据以上偏航策略原则,对风向偏差进行分段处理,不同的偏差范围设定不同的延时时间。风向偏差范围大时,机组偏航延时时间较短,当风向偏差范围小时,增加延时时间。
偏航延时时间根据风速信号进行修正,小风(<7m/s)或者额定风速以上时,延迟时间保持不变,在其他风速段,进一步减小时间延迟,增加偏航对风的效率。
这样可以降低发电量权重低的小风段偏航次数,同时保证发电量权重大的风速段偏航对风效率,从而可以提高机组发电量。偏航控制策略优化基本流程如图2所示:
图2优化后偏航控制流程图
永磁直驱风电机组采用永磁同步发电机,机舱重量大。在机组偏航启动时,虽然带有偏航余压刹车阻尼,但偏航对机组的冲击仍然较明显,容易触发振动等故障,造成机组故障停机。针对该现象,可以增加软启动设备来降低机组偏航启动时的振动冲击。
3.测试及结果分析
为了验证该偏航控制策略的可靠性和有效性,在四格二期GX93-2500机组上进行测试。统计优化前后三个月风电场机组偏航次数,优化后平均每天偏航次数减少10%左右,尤其是小风段偏航次数明显减少。
对比分析优化前后机组功率曲线,偏航控制策略改进后,7-13m/s风速时,机组功率略有提升,根据四格现场2015年风频分布,年发电量可提高3%左右。2015年四格二期等效小时数为2022小时,比附近风场高10%左右,发电量在贵州风电场前列。
偏航策略优化后,机组平均偏航次数明显减少,大幅减少了小风时机组偏航次数,保证了大风段机组偏航对风效率。因此该偏航策略减少了偏航时触发的机组故障,提高了机组可利用率和发电量。
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